[發明專利]基于壓電壓阻式寬頻高場強微型電場傳感器的生產工藝

有效

• 申請號: 201811246208.6
• 申請日: 2018-10-24
• 公開（公告）號: CN109342836B
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發明（設計）人: 何金良;胡軍;薛芬;韓志飛;劉洋;王善祥;莊池杰;曾嶸
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01R29/12
• 分類號: G01R29/12
• 代理公司: 天津市尚儀知識產權代理事務所(普通合伙) 12217
• 代理人: 高正方

一種基于壓電壓阻式寬頻高場強微型電場傳感器的生產工藝，包括硅基晶片加工步驟、玻璃加工步驟、組合裝配步驟。其有益效果是：采用微加工技術，可以實現電場傳感器的小體積復雜結構，進而減小傳感器本身對外電場的畸變影響；本發明對于傳感器不同界面采用不同鍵合方式，對于不同結構采用針對性的微加工工藝，對于不同加工步驟采用可兼容的加工流程，有利于提高傳感器的可靠性與實用性。

技術領域

本發明涉及傳感器微加工領域，特別是一種橫向-縱向模態的基于壓電壓阻耦合效應的寬頻高場強電場傳感器的微加工生產工藝。

背景技術

近些年來，電力系統輸電線及電氣設備對電壓的實時監測提出了廣泛需求。傳統型式的電壓互感器體積大、成本高，無法滿足廣域范圍內傳感器節點密布的需求，使得電力網絡內廣域數據的獲取受到阻礙。相比之下，集成化電場傳感器為非接觸式電壓測量器件，具有體積小、成本低、精度高等優點，同時可以避免電力系統一二次系統的耦合。目前的集成化電場傳感器主要采用光電效應、壓電效應、電磁感應等原理。

壓電材料具有溫度穩定性高、電場響應范圍廣等特點，結合半導體壓阻材料的高靈敏度線性I-V特性，將其應用于電場傳感器件中不僅能減小體積、降低成本，且具有高靈敏度、寬測量頻帶及高電場幅值等優點，適用于各種氣候環境及穩態、故障電場環境。由于這一壓電壓阻耦合的原理設計適用于穩態交直流電場、暫態電場等多種形態的電場環境，因此除了電力系統，該電場傳感器也適用于軍事雷達、工業生產及家用電器等多種場合，成為監測環境中電場電壓數據的重要來源。

本發明針對T-L模態的基于壓電壓阻耦合原理的電場傳感器進行工藝設計。該壓電壓阻式T-L模態電場傳感器的結構，包括塊狀壓電材料，離子摻雜區，半導體薄膜，中間夾層，空腔，襯底。

該傳感結構相對復雜，存在薄膜與塊狀體特殊界面耦合問題、壓電材料極化問題、工藝不兼容問題等，在器件體積小、精度高、結構穩定的要求下，一般的加工工藝流程無法滿足，所以需要利用微加工工藝，設計專門的加工流程對器件進行加工。

發明內容

本發明的目的是：提供一種壓電壓阻式T-L模態電場傳感器的加工方法，即采用微加工工藝，利用絕緣體上硅(SOI)、玻璃等材料加工成為電場傳感器，提供一種工藝可靠、簡單的壓電壓阻式T-L模態電場傳感器的加工工藝流程。工藝采用了微加工技術中光刻、腐蝕、沉積等多種技術，將不同技術的優點相結合，適合于加工有復雜結構的微型器件。

為了實現上述發明目的，設計了一種基于壓電壓阻式寬頻高場強微型電場傳感器的生產工藝。具體設計方案為：

一種基于壓電壓阻式寬頻高場強微型電場傳感器的生產工藝，包括硅基晶片加工步驟、玻璃加工步驟、組合裝配步驟，

所述硅基晶片加工步驟中，包括刻蝕對準標記步驟、離子注入及激活步驟、腐蝕體硅步驟、釋放歐姆接觸區及薄膜表面步驟、蒸發電極步驟、暴露打線區域步驟，

所述玻璃加工步驟中，包括玻璃刻槽步驟、玻璃蒸發電極步驟、打線區域加厚步驟、玻璃穿孔步驟，

所述組合裝配步驟包括陽極鍵合步驟、裝配步驟、打線步驟。

所述硅基晶片加工步驟中，

刻蝕對準標記步驟中：利用光刻技術在硅基材料表面刻蝕對準標記；

離子注入及激活步驟中：一定溫度及氣分環境下，選定合適的摻雜能量及摻雜劑量，使摻雜離子(如P型摻雜離子B+)轟擊SOI器件硅實現半導體硅薄膜圖形化的壓阻部分摻雜，然后經過高溫退火以激活離子摻雜區；

腐蝕體硅步驟中：以二氧化硅作硬掩模濕法腐蝕體硅，暴露部分埋氧層，形成可自由振動的薄膜區域；

釋放歐姆接觸區及薄膜表面步驟中：刻蝕器件硅表面氧化硅，暴露出壓阻摻雜歐姆接觸區域以及自由振動薄膜區域；